高校排水固结法系统讲解课件

真空预压地基处理
真空预压管网铺设
排水板真空预压处理剖面示意图
Vertical Wick Drains
芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优
袋装砂井
排水固结法的设计，主要是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定 竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确 定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地 基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。
对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利 用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前， 在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结， 地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
作用 采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排
水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承 载力。
第4章 排水固结法 Consolidation
4.1 概述 4.2 排水固结的原理 4.3 堆载预压设计计算 4.4 砂井排水固结设计计算 4.5 真空预压设计计算 4.6 施工方法 4.7 真空-堆载联合预压法 4.8 质量检验
4.1 概述（Introduction）
排水固结法(Consolidation )定义:
临时超载 填土
砂垫层
砂井
对沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基。经 超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷 载引起的相应点的附加总应力时，则今后在建筑物荷载作用 下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小次固结变形， 并推迟次固结变形的发生。
可缩短预压时间 超载量应根据预压期间要求消除的变形量通过计算确定， 一般超载应控制小于设计荷载的30％。 预压荷载的分布应与建筑物的设计荷载分布大致相同。加 载范围不应小于建筑基础外缘所包括的范围。
4.2 排水固结法的原理 （Principle of drainage consolidation method ）
一、排水系统加固机理
根据太沙基固结理论
t Tv ·H2 Cv
固结时间与排水距离的平方成正比，缩短排 水距离可大大缩短固结时间。
在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为 了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱 土层的排水固结。
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
抗剪强度τf
预压后，土体
处于超固结状态，
d
其抗剪强度要比处
f
c
b
于正常固结状态时
a
o
固结压力σc′
的强度高。
4.3 堆载预压法设计计算 (Design Procedure of Preloading)
一、堆载预压的计算步骤
2 1
堆载过快易失稳
加荷计划的确定 主要内容：分级加载速率和每级荷载的大小、总荷载水平、
预压时间、预压加载范围等。
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
p1
1 K
Nccu (1
0.2
b )(1 l
0.2
d) b

0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
提高以后的地基强度为cu1，
cu1 (cu cu )
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度， cu z Uttgcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一 级荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
初次加载曲线， 在外加荷载△σ′＝
△e
b f
c
△e′

σ1′－σ0′作用下，
d
土样孔隙比减小了△e；
卸荷再压缩之后，孔 隙比减小量为
σ0′
σ1′
固结压力σc′
△e′，远小于△e，表明大部分压缩变形（ △e－ △e′）
都在预先施压过程中消除了。
加固机理2——提高土体强度：
2．稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从而 提高地基的承载力和稳定性。
原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中 的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生 固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散， 有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。
排水固结法通常由排水系统和加压系统两部分组成。
普通砂井
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1

5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1

5.52cu K
长条形填土 （Fellenius公式）
（2）计算第一级荷载作用下地基强度增长值 在p1荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，
适用 适用于淤泥质土、淤泥、泥炭土和冲 填土等饱和粘
性土地基。
排水固结法加固软土地基可以解决以下两个方 面问题：
1．沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大 部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大 的沉降。
原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力 进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建 筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷 载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于 地基土的容许承载力。
（3）计算p1作用下达到所确定固结度（70％～80％） 所需时间。
目的：确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开 始施加的时间。
（4）根据第（2）步所得到的增长后的地基强度值计算 第二级所能施加的荷载p2。
再同样求出在p2作用下地基达到设定固结度时（70 ％～80％）的抗剪强度cu2以及所需时间。依次类推，可计 算以后各级荷载及其间隔时间，从而制定出初步加载计划。
（5）对初步确定的加荷计划应进行每级荷载下地基的稳定 性验算，如稳定性不满足要求，则需调整加荷计划。
（6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉 降量。
目的：确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载 作用下所完成的沉降量已达到设计要求，所剩余的沉降是建 筑物所允许的。
二、超载预压：预压荷载大于永久荷载的情况。